Redis 集群是 Redis 提供的一種分布式實(shí)現(xiàn)，用于水平擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。通過 Redis 集群，可以將數(shù)據(jù)分片存儲(chǔ)在多個(gè) Redis 節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)提供高可用性和故障轉(zhuǎn)移功能。

• 分片（Sharding）：
  • Redis 集群將數(shù)據(jù)劃分為 16384 個(gè)插槽（slots），每個(gè)插槽代表一部分?jǐn)?shù)據(jù)。
  • 每個(gè) Redis 節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一部分插槽。數(shù)據(jù)鍵通過哈希函數(shù)映射到特定的插槽。
• 主從復(fù)制（Replication）：
  • 每個(gè)分片可以有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)。
  • 主節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)處理寫請(qǐng)求，從節(jié)點(diǎn)作為備份，提供讀取和故障切換。
• 高可用性：
  • 如果主節(jié)點(diǎn)故障，從節(jié)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)提升為主節(jié)點(diǎn)，確保服務(wù)可用性。
  • 這只限于每個(gè)分片的主從節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，如果主從節(jié)點(diǎn)都掛了，那么這個(gè)分片上的數(shù)據(jù)是訪問不到的。
• 一致性模型：
  • Redis 集群采用 最終一致性，在網(wǎng)絡(luò)分區(qū)的情況下使用部分可用性，但不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

在 Spring Boot 項(xiàng)目中集成 Redis 集群，可以使用 Spring Data Redis 來進(jìn)行配置。

在 Spring Boot 中，可以使用 RedisTemplate 來操作 Redis 數(shù)據(jù)。通過 Lettuce 客戶端來實(shí)現(xiàn) Redis 集群中的讀寫分離，可以利用 Lettuce 對(duì)讀策略（ReadFrom）的支持，將讀操作分配到從節(jié)點(diǎn)，寫操作保持在主節(jié)點(diǎn)。這適用于 Redis 的主從復(fù)制架構(gòu)。

創(chuàng)建一個(gè)配置類，用于設(shè)置 RedisTemplate。

• 使用 LettuceConnectionFactory 配置 Redis 連接。
• 設(shè)置 ReadFrom 策略，選擇將讀請(qǐng)求發(fā)送到從節(jié)點(diǎn)。
• 使用 RedisTemplate 執(zhí)行讀寫操作，Lettuce 會(huì)根據(jù)配置的 ReadFrom 策略自動(dòng)選擇節(jié)點(diǎn)。

配置 LettuceConnectionFactory，通過自定義 LettuceConnectionFactory 配置 Redis 集群連接和讀策略。

可以將 Redis 集群的配置部分放在 application.yml 文件中，使配置更加靈活。

spring:redis:cluster:nodes:- 127.0.0.1:7000- 127.0.0.1:7001- 127.0.0.1:7002timeout: 5000lettuce:read-from: REPLICA_PREFERRED  # 優(yōu)先從從節(jié)點(diǎn)讀取pool:max-active: 8max-idle: 8min-idle: 0

在配置類中讀取配置文件

@Configuration
public class RedisConfig {@Value("${spring.redis.cluster.nodes}")private List<String> clusterNodes;@Beanpublic LettuceConnectionFactory redisConnectionFactory() {// 使用配置文件中的 Redis 集群節(jié)點(diǎn)信息RedisClusterConfiguration clusterConfig = new RedisClusterConfiguration(clusterNodes);LettuceClientConfiguration clientConfig = LettuceClientConfiguration.builder()// 使用配置文件中的讀取策略.readFrom(ReadFrom.REPLICA_PREFERRED).build();return new LettuceConnectionFactory(clusterConfig, clientConfig);}// 配置 RedisTemplate，用于與 Redis 交互@Beanpublic RedisTemplate<String, Object> redisTemplate() {RedisTemplate<String, Object> template = new RedisTemplate<>();template.setConnectionFactory(redisConnectionFactory());// 設(shè)置序列化器template.setKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setValueSerializer(new StringRedisSerializer());template.setHashKeySerializer(new StringRedisSerializer());template.setHashValueSerializer(new StringRedisSerializer());return template;}
}

• read-from 配置項(xiàng)說明：
  • MASTER: 所有操作都在主節(jié)點(diǎn)執(zhí)行（默認(rèn)）。
  • MASTER_PREFERRED：優(yōu)先從主節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)，如果主節(jié)點(diǎn)不可用則從從節(jié)點(diǎn)讀取。
  • REPLICA: 所有讀取操作都從從節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。
  • REPLICA_PREFERRED: 優(yōu)先從從節(jié)點(diǎn)讀取，如果沒有可用從節(jié)點(diǎn)則讀取主節(jié)點(diǎn)。
  • ANY: 讀取請(qǐng)求可以從任意節(jié)點(diǎn)執(zhí)行（包括主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)）。

RedisTemplate 會(huì)根據(jù)配置的 LettuceConnectionFactory，自動(dòng)進(jìn)行讀寫分離。寫操作會(huì)默認(rèn)發(fā)往主節(jié)點(diǎn)，而讀操作則根據(jù) ReadFrom 策略發(fā)往從節(jié)點(diǎn)。

在 Redis 集群中，為了在執(zhí)行 Lua 腳本時(shí)能夠確保操作的多個(gè)鍵位于同一哈希槽中，Redis 引入了 哈希標(biāo)簽（Hash Tag） 的概念。

• 哈希標(biāo)簽 是一種機(jī)制，用來告訴 Redis 集群哪些鍵應(yīng)該被視為一個(gè)整體，映射到同一個(gè)哈希槽（Hash Slot）中。
• 哈希標(biāo)簽是通過將鍵名的一部分用大括號(hào) {} 包圍來實(shí)現(xiàn)的。Redis 只會(huì)對(duì) {} 內(nèi)部的內(nèi)容進(jìn)行哈希計(jì)算，以決定該鍵的哈希槽位置。
• 如果你有兩個(gè)鍵 key1 和 key2，通常它們會(huì)映射到不同的哈希槽中。然而，如果使用哈希標(biāo)簽，例如 user:{123} 和 order:{123}，那么 123 部分會(huì)被用于哈希計(jì)算，使這兩個(gè)鍵落在同一個(gè)哈希槽中。
• user:{123} 和 order:{123} 將會(huì)落在同一個(gè)哈希槽。
• user:123 和 order:123 將可能落在不同的哈希槽中。
• 在 Redis 集群環(huán)境中，當(dāng)執(zhí)行 Lua 腳本時(shí)，所有涉及的鍵必須位于同一個(gè)哈希槽中，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)，因?yàn)?Redis 集群無法在不同的節(jié)點(diǎn)之間自動(dòng)協(xié)調(diào) Lua 腳本。使用哈希標(biāo)簽可以確保多個(gè)相關(guān)鍵位于同一哈希槽，這樣在執(zhí)行 Lua 腳本時(shí)可以正常運(yùn)行。

在 Redis 集群架構(gòu)中，如果發(fā)生數(shù)據(jù)傾斜（即某些節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)明顯多于其他節(jié)點(diǎn)），這可能會(huì)導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)的負(fù)載過高，影響性能和穩(wěn)定性。為了解決數(shù)據(jù)傾斜問題，可以采取以下措施：

調(diào)整哈希槽的分配
Redis 集群中使用哈希槽（hash slots）來分布數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)管理一定數(shù)量的哈希槽。如果某些節(jié)點(diǎn)的哈希槽數(shù)量明顯多于其他節(jié)點(diǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傾斜?？梢酝ㄟ^ redis-cli --cluster rebalance 命令重新分配哈希槽，讓數(shù)據(jù)更均勻地分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上。

# <node-address>:<port> 表示集群中任一主節(jié)點(diǎn)的地址和端口，用于連接到 Redis 集群。Redis 會(huì)通過這個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取集群的狀態(tài)信息。
# 最終重新平衡哈希槽的分配是針對(duì)整個(gè)集群的。
redis-cli --cluster rebalance --cluster-use-empty-masters <node-address>:<port>

添加新的節(jié)點(diǎn)：增加新的節(jié)點(diǎn)可以減輕現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，并改善數(shù)據(jù)分布：

• 使用 redis-cli --cluster add-node 命令將新節(jié)點(diǎn)加入到集群中。
• 加入新節(jié)點(diǎn)后，使用 redis-cli --cluster rebalance 來重新平衡數(shù)據(jù)和哈希槽的分布，使得新節(jié)點(diǎn)參與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

遷移數(shù)據(jù)：可以手動(dòng)或自動(dòng)將數(shù)據(jù)從高負(fù)載節(jié)點(diǎn)遷移到其他節(jié)點(diǎn)：

• 使用 redis-cli --cluster reshard 命令將部分哈希槽從高負(fù)載節(jié)點(diǎn)遷移到其他節(jié)點(diǎn)。
• 遷移數(shù)據(jù)時(shí)，需要指定源節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)以及要遷移的哈希槽數(shù)量。

redis-cli --cluster reshard <node-address>:<port>

• 輸入目標(biāo)哈希槽數(shù)量和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，Redis 會(huì)自動(dòng)完成遷移。

選擇合適的分片鍵：如果數(shù)據(jù)傾斜是由于分片鍵選擇不合理造成的，可以考慮重新選擇分片鍵：

• 使用均勻分布的數(shù)據(jù)字段作為分片鍵，例如隨機(jī)數(shù)或 UUID，而不是用戶 ID 等容易造成數(shù)據(jù)集中化的字段。
• 使用哈希策略來確保分片鍵的散列值在集群中均勻分布。

監(jiān)控和優(yōu)化：通過監(jiān)控工具持續(xù)關(guān)注 Redis 集群的運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)并解決數(shù)據(jù)傾斜問題：

• 使用 redis-cli --cluster info 或其他 Redis 監(jiān)控工具來查看每個(gè)節(jié)點(diǎn)的哈希槽和內(nèi)存使用情況。
• 借助 INFO 命令獲取每個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，了解內(nèi)存和負(fù)載分布。
• 定期評(píng)估數(shù)據(jù)分布，必要時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)遷移或重新分配哈希槽。

在創(chuàng)建 Redis 集群時(shí)，哈希槽的分配通常是自動(dòng)進(jìn)行的，但也可以手動(dòng)分配哈希槽給每個(gè)主節(jié)點(diǎn)。

首先，使用以下命令創(chuàng)建一個(gè) Redis 集群，并為每個(gè)主節(jié)點(diǎn)分配哈希槽。

redis-cli --cluster create \
192.168.1.1:6379 \
192.168.1.2:6379 \
192.168.1.3:6379 \
192.168.1.4:6379 \
--cluster-replicas 1 \
--cluster-slots 16384

此命令將創(chuàng)建一個(gè)包含 4 個(gè)主節(jié)點(diǎn)的 Redis 集群，并為每個(gè)主節(jié)點(diǎn)指定 16384 個(gè)哈希槽。

手動(dòng)分配哈希槽

# 為主節(jié)點(diǎn) 1 分配哈希槽 0 - 4095
redis-cli --cluster addslots 192.168.1.1:6379 0 4095# 為主節(jié)點(diǎn) 2 分配哈希槽 4096 - 8191
redis-cli --cluster addslots 192.168.1.2:6379 4096 8191# 為主節(jié)點(diǎn) 3 分配哈希槽 8192 - 12287
redis-cli --cluster addslots 192.168.1.3:6379 8192 12287# 為主節(jié)點(diǎn) 4 分配哈希槽 12288 - 16383
redis-cli --cluster addslots 192.168.1.4:6379 12288 16383